Az idegen világok szívében, a kristályok akár 40 milliószor intenzívebb nyomáson is képesek képződni, mint a Föld légköri nyomása, és akár tízszeres intenzitású nyomást képeznek, mint a bolygónk magjában lévő nyomás. A jobb megértés segíthetne életünk más galaxisunkban való keresésében.
Jelenleg a tudósok szinte semmit sem tudnak ezekről a titokzatos kristályokról. Nem tudják, hogyan és mikor alakulnak ki, hogy néznek ki, vagy hogyan viselkednek. De ezekre a kérdésekre adott válaszoknak óriási következményekkel lehetnek e világok felületeire - akár áramló magmával, akár jéggel borítják őket, vagy bombázzák őket a fogadó csillagok sugárzása által. A válasz viszont befolyásolhatja ezen bolygók életét hordozó lehetőségeket.
Ezen egzoplanetek belső tere rejtélyes számunkra, mert a naprendszerünkben a bolygók általában kicsik és sziklák, mint a Föld és a Mars, vagy nagyok és gázosak, mint a Szaturnusz és a Jupiter. Az utóbbi években azonban a csillagászok azt találták, hogy az úgynevezett "szuper Föld" - óriási sziklás bolygók - és a "mini-Neptúnok" - kisebb gázbolygók, mint amelyek a Naprendszerünkben vannak - gyakoribbak a galaxisunk többi részében.
Mivel ezek a bolygók csak halvány villódzásoknak tekinthetők a fogadó csillagok fényében, sokuk rejtélyes marad. Túl nagy vagy túl nagy? Melyek a felületük? Vannak mágneses tereik? E kérdésekre adott válaszok kiderül, hogy erősen függ attól, hogyan viselkednek a kőzet és a vas ultrahang alatt álló magjában.
A jelenlegi tudomány határai
Jelenleg az exoplanetek megértése elsősorban a saját naprendszerünkben levő bolygókkal kapcsolatos tudásaink fel- vagy lefelé történő növelésén alapul - mondta Diana Valencia, a kanadai torontói egyetemi bolygótudós, aki az amerikai márciusi ülésén hívta fel a figyelmet. Fizikai Társaság (APS) az ásványi fizikusok számára, hogy feltárják ezeket az egzotikus egzoplanetáris anyagokat.
A méretarányos megközelítés problémája az, hogy nem igazán érti, hogy a vas hogyan viselkedik 10-szeresére a Föld magjának nyomásán, csak szorozva - mondta. Ezen a hatalmas nyomáson a vegyi anyagok tulajdonságai alapvetően megváltoznak.
"Arra számíthatunk, hogy találunk olyan kristályokat a szuper-Földön belül, amelyek nem léteznek a Földön vagy a természet bármely más részén." - mondta Lars Stixrude, a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem elméleti ásványi fizikusa, aki ezt tette. alapvető elméleti munka ezen szélsőséges anyagok tulajdonságainak kiszámításához. "Ezek az atomok egyedi elrendezései, amelyek csak nagyon nagy nyomáson léteznek."
Ezek a különböző elrendezések történnek - mondta a Live Science-nek, mert az óriási nyomás alapvetően megváltoztatja az atomok kötődését. A Föld felszínén és még a bolygónk mélyén is az atomok csak a külső héjuk elektronjainak felhasználásával kapcsolódnak össze. Föld feletti nyomáson azonban az atommaghoz közelebb lévõ elektronok bekapcsolódnak, és teljesen megváltoztatják az anyagok alakját és tulajdonságait.
És ezek a kémiai tulajdonságok befolyásolhatják az egész bolygó viselkedését. Például a tudósok tudják, hogy a szuper Föld sok hőt csapdába csap be. De nem tudják, mennyi - és a kérdésre adott válasznak súlyos következményei vannak ezen bolygók vulkánjaira és a lemeztektonikára. A Föld belső nyomásánál a könnyebb elemek keverednek a vasmaggal, és befolyásolják a bolygó mágneses mezőjét - de ez nem történhet meg nagyobb nyomáson. Még a szuper Föld fizikai mérete is függ a magok vegyületeinek kristályszerkezetétől.
De Valencia szerint a tudósoknak nem kell ilyen jellegű bolygót tanulmányozniuk a saját Naprendszerünkben, és a tudósoknak alapvető fizikai számításokra és kísérletekre kell válaszolniuk az ilyen jellegű kérdések megválaszolásához. De ezek a számítások gyakran nyitott válaszokat eredményeznek - mondta Stixrude. Ami a kísérleteket illeti?
"Ezek a nyomások és hőmérsékletek meghaladják a jelenleg alkalmazott technológia és kísérletek nagy részét" - mondta.
Szuper Föld felépítése a normál Földre
A Földön a legszélsőségesebb nyomáskísérletek során apró mintákat aprítanak össze két ipari gyémánt élesített pontja között.
De ezek a gyémántok hajlamosak rombolni, még mielőtt elérnék a Föld feletti nyomást - mondta Stixrude. A gyémántok korlátjainak megkerülése érdekében a fizikusok dinamikus kompressziós kísérletekhez fordulnak, hasonló jellegű Tom Duffy ásványi fizikus és csapata által a Princetoni Egyetemen.
Ezek a kísérletek több szuper-Föld-szerű nyomást eredményeznek, de csak egy másodperc törtrészeire.
"Az ötlet az, hogy egy mintát nagyon nagyteljesítményű lézerrel besugárz, és gyorsan felmelegíti a minta felületét, és fúj ki egy plazmát" - mondta a Live Sciencenek Duffy, aki az APS ülésén vezette Valencia beszédét.
A hirtelen felmelegített minta darabjai robbantanak le a felületről, és nyomáshullámot képeznek, amely áthalad a mintán.
"Ez tényleg olyan, mint egy rakétahajó-effektus" - mondta Duffy.
A részt vevő minták apróak - majdnem síkok és csaknem milliméter négyzet alakúak -, mondta. És az egész nanosekundum alatt tart. Amikor a nyomáshullám eléri a minta hátulját, az egész összetörik. Azonban a rövid impulzusok során végzett gondos megfigyelésekkel Duffy és munkatársai kitalálták a vas és más molekulák sűrűségét, sőt kémiai szerkezetét a korábban még nem hallott nyomás alatt.
Még mindig sok megválaszolatlan kérdés van, de a tudás állapota gyorsan változik - mondta Valencia. Például az első cikk a szuper Föld szerkezetéről (amelyet Valencia 2007. februárjában publikált az Astrophysical Journal-ban Harvardon végzős hallgatóként) elavult, mivel a fizikusok új információkat szereztek a saját bolygónkban található vegyi anyagokról.
Duffy szerint fontos ezekre a kérdésekre válaszolni, mert elmondhatják, hogy a távoli idegen világok olyan tulajdonságokkal rendelkeznek-e, mint a lemeztektonika, az áramló magma és a mágneses mezők -, és ezért képesek-e támogatni az életet.
